Topic outline
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Disciplina:Pós-graduação
Área: Física (43134)
Docente: Kaline Coutinho (kaline@if.usp.br)
Carga horária:
Total: 180 h Teórica: 4 h Créditos:12 Duração: 12 Semanas
Prática: 6 h Estudo: 5 h
Horário: terças e quintas das 16-18h
Local: Sala 2026 do IFUSP
Início: 27 de agosto de 2019
Objetivos:
Neste curso serão apresentadas as técnicas tradicionais de simulação de sistemas moleculares (Dinâmica Molecular e Monte Carlo), os conceitos fundamentais de mecânica estatística, os algoritmos eficientes, técnicas avançadas de simulação e procedimentos de análise de resultados. Adicionalmente, serão desenvolvidos e/ou manuseados programas para a realização de aplicações práticas de simulações computacionais de líquidos moleculares.
Justificativa:
Sistemas moleculares, ou macromoleculares, densos e desordenados são tratados, hoje, de forma teórica e realista através das modernas técnicas de simulação computacional, que são de grande aplicabilidade nas áreas de Biofísica, Nanociência, Física de Materiais, Físico-química de soluções, Modelagem Molecular, ou em muitas áreas inter e multidisciplinares que envolvem Biologia, Química e Física. Entretanto, o conteúdo aqui proposto não está contemplado de forma sistemática e aprofundada em nenhuma outra disciplina de graduação ou pós-graduação no IFUSP. Portanto, com esta disciplina, vamos apresentar e introduzir tópicos de simulação computacional e adicionalmente faremos aplicações práticas com programas bem estabelecidos na área de Modelagem Molecular que estão disponíveis para comunidade científica.
Conteúdo:
1. Propriedades de líquidos.
2. Modelo para o potencial de interação intra e intermolecular.
3. Mecânica estatística de líquidos.
4. Método de Dinâmica Molecular.
5. Método Monte Carlo.
6. Técnicas avançadas: cálculo de energia livre, amostragem preferencial, entre outras.
7. Aplicação de simulações computacionais com método Monte Carlo e Dinâmica Molecular em sistemas modelo e realistas.
8. Análise de resultados: propriedades termodinâmicas, propriedades estruturais, erros, correções de resultados, entre outras
Bibliografia:
Textos Principais:
* Computer Simulation of Liquids, M.P. Allen and D.J. Tildesley.
* Understanding Molecular Simulation. From Algorithms to Applications, D. Frenkel and B. Smit
* Métodos de Química Teórica e Modelagem Molecular, N. H. Morgon e K. Coutinho (Eds)
Outros Textos:
* Essential of Computacional Chemistry. Theories and Models, C.J. Cramer
* Quantum Chemistry and Statistical Theory of Solutions. A Computational Approach, B.Y. Simkin and I.I. Sheikhet
* The Liquid State, D.M. Heyes * An Introduction to the Liquid State, P.A. Egelstaff
* Notas de aulas, K. Coutinho
* Programas computacionais: GROMACS e DICE
Forma de avaliação:
Prova(escrita de textos sobre tópicos da ementa) e trabalhos.
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DIA
DESCRIÇÃO
27/08
Aula 1: Introdução: Gás (molécula isolada com QM) e líquido (introdução a simulações)
29/08
Aula 2: Potencial de Interação
03/09
Não haverá aula (Recesso: Semana da Pátria)
05/09
Não haverá aula (Recesso: Semana Pátria)
10/09
Discussão/Alunos: Escolha das moléculas em solução dos projetos individuais e parametrização com LigParGen
12/09
Avaliação: escrita do texto sobre Campos de Força Clássicos
17/09
Aula 3: DICE
19/09
Aula 4: Condições de contorno, caixa de simulação, algumas propriedades estruturais
24/09
Discussão/Alunos: Inputs e simulações com DICE
26/09
Aula 5: Mecânica Estatística e algumas propriedades estruturais e termodinâmicas
01/10
Aula 6: Método Monte Carlo
03/10
Aula 7: Método Monte Carlo (continuação)
08/10
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com DICE rígido
10/10
Resultados das simulações com DICE flexível
15/10
Avaliação: escrita do texto sobre Método Monte Carlo
17/10
Aula 8: GROMACS
22/10
Aula 9: Método Dinâmica Molecular
24/10
Não haverá aula (Escola Water Interface)
29/10
Aula 10: Método Dinâmica Molecular (continuação)
31/10
Aula 11: Procedimentos eficientes (lista de vizinhos, descontinuidade do potencial, PME)
05/11
Não haverá aula (Encontro de Físicos do Norte e Nordeste)
07/11
Não haverá aula (Aulas de minicurso no IQ)
12/11
Não haverá aula (SBQT)
19/11
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com GROMACS comparativamente ao DICE flexível (50% dos alunos)
21/11
Avaliação: escrita do texto sobre Método de Dinâmica Molecular
26/11
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com GROMACS comparativamente ao DICE flexível (50% dos alunos)
28/11
Avaliação: para os alunos que faltaram no dia 21/11 (com justificativa)
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O programa Order for desenvolvido por mim em Fortran.
Para compilar pode usar o gfortran ou ifort.
O diretório dice-tools pode ser baixado do link https://github.com/hmcezar/dicetools onde existe instruções de instalação do python e bibliotecas e instruções de cada programa.
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